شبیه‌سازی کیفیت آب رودخانه قره‌سو با استفاده از مدل QUAL2Kw

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری علوم و مهندسی آب، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

2 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

10.22034/hydro.2023.57504.1299

چکیده

هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی توانایی مدل QUAL2Kw در شبیه­سازی پارامترهای کیفیت آب رودخانه قره­سو استان اردبیل است. نظر به اینکه رودخانه قره­سو تامین کننده اصلی آب سد مخزنی سبلان است که در آینده­ای نزدیک از آن به عنوان آب شرب شهرستان مشگین شهر استفاده خواهد شد، لذا پایش دقیق کیفی رودخانه مذکور برای تدوین سیاست­ها و برنامه­ریزی­های مدیریتی بسیار حائز اهمیت است. بازه­ای به طول 5/71 کیلومتر به عنوان مسیر مورد مطالعه انتخاب شد. برای مراحل واسنجی و صحت­سنجی مدل، اندازه­گیری­های میدانی در شش ایستگاه در 14 آبان 1400 و 1401 انجام گرفت. مقدار جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برای پارامترهای دبی، هدایت الکتریکی، اکسیژن ­خواهی بیولوژیکی، نیترات،pH ، اکسیژن محلول، قلیائیت و دمای آب در مرحله واسنجی به­ترتیب 17/1، 8/505، 2/9، 22/0، 22/0، 35/0، 85/109 و 54/2 و در مرحله صحت­سنجی به­ترتیب 51/0، 88/212، 11/86، 79/10، 89/0، 11/5، 54/35 و 8/4 به­دست آمد. نتایج نشان داد روند تغییرات پارامترهای کیفی در طول مسیر مورد مطالعه به علت تخلیه پساب تصفیه خانه­­های فاضلاب شهرک صنعتی شماره 2 و شهر اردبیل، کشتارگاه طیور سامیان و کشتارگاه صنعتی اردبیل به رودخانه قره­سو با نوسانات شدید همراه بود. با این وجود، به دلیل توان بالای خودپالایی رودخانه، پارامترهای کیفی رودخانه در بازه­های پایین­دست مسیر مورد مطالعه به­طور قابل ملاحظه­ای بهبود یافت. همچنین دو سناریو با شرایط نزدیک به واقعیت تعریف گردید. نتایج سناریوها نشان داد که عملکرد مدل منطقی بوده و با افزایش دمای منابع آلاینده نقطه­ای، کیفیت آب رودخانه کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulating the Water Quality of Qarasu River Using the QUAL2Kw Model

نویسندگان [English]

  • Mousa Akbari Niari 1
  • Vahid Rezaverdinejad 2
  • Javad Behmanesh 2
  • Reza Nikpour 3
1 Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran
2 Professor, Department of Water Engineering, Agricultural Faculty, Urmia University, Urmia, Iran.
3 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
چکیده [English]

The aim of this research is evaluating the ability of the QUAL2Kw model in simulating the water quality parameters of Qarasu-River. The Qarasu-River is the main water supplier of the Sabalan reservoir dam which will be used for the drinking water consumption of Meshginshahr city in the near future. Therefore, it is very important to closely monitor the quality of the mentioned river for formulating policies and management plans.A section of 71.5 km was chosen as the study route. The field measurements were carried out in six stations in November 5, 2021 and 2022, for calibration and validation of the model. The value of the root mean square error (RMSE) for the parameters of flow rate, electrical conductivity, biological oxygen demand, nitrate, pH, dissolved oxygen, alkalinity and water temperature in the calibration stage were obtained 1.17, 505.8, 9.2, 0.22, 0.35, 109.85, 2.54 and in the validation stage were obtained 0.51, 212.88, 86.11, 10.79, 0.89, 5.11, 35/54 ,4/8 respectively. The results showed that the trend of changes in quality parameters along the studied route due to the discharge of wastewater treatment plant of Ardabil Industrial Town, discharge of wastewater from the Ardabil sewage treatment plant, the discharge of the effluent from the Samian Poultry Slaughterhouse, and the discharge of the effluent from the Ardabil Industrial Slaughterhouse into the Qarasu River were accompanied with extreme fluctuations. Nevertheless, due to the high power of self-purification of the river, the quality parameters of the river improved significantly in the downstream sections of the studied route. Also, two scenarios were defined with the conditions close to the reality. The results of the scenarios showed that the performance of the model is reasonable and the quality of the river water decreases with increasing the temperature of the point pollutant sources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Qarasu River
  • QUAL2Kw
  • Self-Purification
  • Water Quality

مراجع

امامقلی، ز. یاسی، م.، 1398. اثربخشی تغییرپذیری­های هندسی رودخانه بر کیفیت جریان آب (مطالعه موردی: رودخانه قزل اوزن). انجمن هیدرولیک ایران، مجله هیدرولیک، 14(4)، 1-17.
حسینی، ی.، 1398. بررسی ظرفیت کیفیت و خودپالایی رودخانه قره سو با استفاده از مدل های Qual2kw و WQI. مجله اکوبیولوژی تالاب، 11(3)،41-60.
خدابخش، س. کبیری، ش. افشارنیا، م.، 1398. ارزیابی کیفی آب سطحی و زیرزمینی حوضه رودخانه خررود (جنوب استان قزوین).  مجله هیدروژئولوژی، 4 (1)، 42-53.
خنک، آ. سرائی تبریزی، م. بابازاده، ح. صارمی، ع. محمدی قلعه­نی، م.، 1400. مدلسازی کیفیت آب رودخانه سفیدرود با استفاده از Qual2kw. مجله پژوهش آب ایران، 15(1)، 121-131.
زلقی، م. افروس، ع.، 1398. شبیه سازی کیفی نیترات و فسفات در طول رودخانه دز با استفاده از مدل QUAL2KW. مجله تحقیقات خاک و آب ایران،50(9): 2099-2111.
سعیدی رضوی، ب. عرب، ع.، 1399. بررسی ارتباط سطح آب زیرزمینی با رودخانه و تحلیل ضریب جریان روزانه آن. مجله هیدروژئولوژی، 5 (1)، 97-84.
طاهری سودجانی ه. براتی خ. شایان نژاد م.، 1394. معرفی معادلات اساسی مدل QUAL2Kw و راهنمای کاربردی مدل. نشریه آب و توسعه پایدار، 2 (2): 42-35.
عاشق معلا، م.، 1394. شبیه­سازی کیفیت آب رودخانه با مدل QUAL2Kw. چاپ اول. تهران: نشر تالاب.
محمدی، م. قادری، ک. احمدی، م.، 1398. ارزیابی عملکرد الگوریتم بهینه‌سازی چرخه آب در کالیبراسیون مدل کیفی QUAL2Kw. مجله تحقیقات خاک و آب ایران، 50(4)، 911-920.
محمدی قلعه­نی، م.  ابراهیمی، ک.، 1398. آنالیز حساسیت مدل Qual2kw در مدل‌سازی پارامترهای کیفی سفیدرود. مجله آبیاری و زهکشی ایران، 13(5)، 1233-1245.
مقصودی، ر. عابدی کوپایی، ج. میرعباسی نجف آبادی، ر.، 1400. بررسی اثرات برداشت آب رودخانه بهشت آباد بر کیفیت آب پایین دست با استفاده از مدل های Qual2kw. مجله تحقیقات خاک و آب ایران، 52(9)، 2485-2499.
نیک­ اختر، م. رحمتی، س. مساح بوانی، ع.، 1398. شبیه سازی کیفیت آب سطحی با استفاده از مدل QUAL2Kw (رودخانه اردک، استان خراسان رضوی). مجله علوم و تکنولوژی محیط زیست، 22(11)، 93-105.
ونایی، ع. معروفی، ص. آذری، آ.، 1401. شبیه­سازی آلودگی در رودخانه­های پر شیب کوهستانی با استفاده از مدلQUAL2Kw. علوم و مهندسی آبیاری، 45(1): 19-34.
Betti, S. H., and Nurhayati, E. 2022. Water Modelling of Karang Mumus River Using QUAL2Kw Application. The 2nd Conference of Sustainability and Resilience of Coastal Management, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 1095 012036.
Kannel, P.R., Kanel, S.R., Lee, S., Lee, Y.S., and Gan, T.Y. 2011. A review of public domain water quality models for simulating dissolved oxygen in rivers and streams. Environ. Model. Assess, 16: 183–204.
Khadka, P., and Man Shakya, N. 2022. Water Quality Calibration of Bagmati River Using QUAL2Kw. Proceedings of 11th IOE Graduate Conference, 2350-8906.
Marlina, N., and Melyta, D. 2018. Analysis Effect of Cloud Cover, Wind Speed, and Water Temperature to BOD and DO Concentration Using QUAL2Kw Model (Case Study In Winongo River, Yogyakarta). In Proceedings of the 5th International Conference on Sustainable Built Environment (ICSBE 2018), Banjarmasin, Indonesia.
Pelletier, G.J., Steven, C.Ch., and Hua, T. 2006. QUAL2Kw _ A framework for modeling Water Quality in streams and rivers using a genetic algorithm for calibration. Environmental Modeling and Software, 21: 419-425.
Raeisi, N., Moradi, Sh., and Scholz, M. 2022. Surface Water Resources Assessment and Planning with the QUAL2Kw Model: A Case Study of the Maroon and Jarahi Basin (Iran). Water.14(5): 705.
Sener, S., Sener, E. and Davraz, A., 2017. Evaluation of Water Quality Using Water Quality Index (WQI) Method and GIS in Aksu River (SW-Turkey). Science of the Total Environment, 584: 131-144.
Arora, S., and Keshari, A. 2020. Monte Carlo Simulation and Fuzzy Modelling of River Water Quality for Multiple Reaches Using QUAL2kw. In book: Environmental Processes and Management, 3-24.
Turner, D.F., Pelletier, G.J. and Kasper, B. 2009. Dissolved Oxygen and pH Modeling of a Periphyton Dominated, Nutrient Enriched River. Journal of Environmental Engineering, 135(8): 645-652.
هیدروژئولوژی
دوره 8، شماره 1
ناشر
شهریور 1402
صفحه 137-155

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار